CN113753599A - 一种多自由度无级调节机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多自由度无级调节机构，用于辅助大型负载装箱，包括平移车架、高低调节装置、支撑装置、拖板，拖板滑动安装在平移车架上，并通过横移控制机构控制沿与负载推送相垂直的方向滑动；高低调节装置安装在拖板上，高低调节装置上设置有支撑装置，高低调节装置通过斜楔结构控制支撑装置沿竖直方向移动，支撑装置包括升降板、底座和凸轮，底座上转动安装有偏航装置，由传动机构带动偏航装置绕负载推送方向转动。本发明提供了一种多自由度无级调节机构，承载能力强，装卸过程稳定，能够完成1500kg以上负载的装填。实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置实现推送方向上姿态角的调节功能，调节精度小于0.1mm。

Description

一种多自由度无级调节机构
技术领域
本发明属于大型设备装卸技术领域，具体涉及一种多自由度无级调节机构。
背景技术
在一些较大的设备进行运输及试验时，需将设备装入特定的包装箱或试验箱内，特别是对密封性及包装体积有较高要求的大型装备，包装箱体积只比设备体积略大一点，这就导致了设备装入和退出包装箱成为较大的难题。传统的装箱方法有：采用起重设备吊装、采用分体式包装箱等，在吊装的过程中对准困难，容易倾斜，需反复多次才能完成，且吊装时一般为两个以上的吊点，装入一半时需取下一个吊点，导致将另一半推入包装箱困难，且存在较大的安全隐患。若采用分体式包装箱，则难以保证设备的密封性要求，且设备取出时容易破坏包装箱。如公开号为CN206915387U的中国专利提供了一种集装箱自动装车机，其包括：输送带；机架，机架上设有包装箱导向机构和升降导轨，机架与输送带的末端铰接，包装箱导向机构安装在机架上，且设置在输送带两侧，升降导轨竖直安装在机架上；装车机构，装车机构包括升降台、水平基座、旋转基座和推拉机构，能够实现升降、水平转动及推拉动作，但设备在推送轴向上存在姿态扭转时，则无法进行调节，不满足装入要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多自由度无级调节机构，承载能力强，装卸过程稳定，能够完成1500kg以上负载的装填。实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置实现推送方向上姿态角的调节功能，调节精度小于0.1mm。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种多自由度无级调节机构，用于辅助大型负载装箱，包括平移车架、高低调节装置、支撑装置、拖板，拖板滑动安装在平移车架上，并通过横移控制机构控制沿与负载推送相垂直的方向滑动；高低调节装置安装在拖板上，高低调节装置上设置有支撑装置，高低调节装置通过斜楔结构控制支撑装置沿竖直方向移动，支撑装置包括升降板、底座和凸轮，底座上转动安装有偏航装置，凸轮中部转动安装在升降板上，凸轮的一端与偏航装置中部转动连接，凸轮的另一端与传动机构连接，由传动机构带动偏航装置绕负载推送方向转动。使用时，待装卸的负载放置到偏航装置上，平移车架作为安装基础，平移车架本身能够安装导轨上在沿负载推送方向调节，结合横移控制机构控制沿与负载推送垂直的方向调节，实现水平方向上的自由调节，同时高低调节装置能够沿竖直方向调节负载的位置，实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置实现推送方向上姿态角的调节功能，在包装箱放置基准与装箱设备基准存在倾角时，能够方便地进行调整，特别是针对精密仪器或重要设备时，能避免倾斜带来的碰撞风险，更好地保护装卸的仪器或设备。各零部件通过紧固件与平移车架连接，采用模块化设计，针对不同外形的产品，更换对应的零部件即可，具有较高的适用性。
所述高低调节装置包括斜楔，拖板上固定有竖直回位机构，升降板固定在竖直回位机构上端，升降板底部设置有滚轮，滚轮置于斜楔的斜面上，斜楔由传动机构带动进行水平移动，控制升降板沿竖直方向移动。采用滚轮接触，以减小摩擦力，通过竖直回位机构对支撑装置进行限位和支撑，实现负载支撑，将斜楔的水平方向移动转换为支撑装置的高度方向移动，达到高度调整的目的。
所述竖直回位机构包括插合并限位的套筒和导向柱，套筒底部与导向柱顶部之间设置有弹簧，导向柱底部固定在拖板上，套筒顶部与升降板固定连接。在高低调节装置向上调整负载高度时，弹簧压缩程度增大，即使负载移除，弹簧的预压力也能使支撑装置始终与斜楔的斜面接触，避免因卡滞而产生冲击，进一步保护装卸的仪器或设备。
所述横移控制机构包括连杆，平移车架上设置有滑槽，连杆的一端滑动安装在滑槽中，连杆的另一端与拖板铰接，连杆的一端通过传动机构带动沿滑槽滑动，带动拖板沿与负载推送相垂直的方向滑动。
所述传动机构包括依次连接的螺杆、万向联轴器以及动力输出端，动力输出端带动万向联轴器转动控制螺杆的伸缩，螺杆端部与斜楔、凸轮、或连杆连接。采用螺旋传动，实现用较小的操作力推动较大的负载，同时调节精度可达0.1mm，并能实现无级调节，对于斜楔，梯形螺杆转动带动斜楔平移，其传动比最大可达150。
进一步地，所述动力输出端为手轮，采用手动操作模式，不需要额外的辅助设备和额外的动力源。
进一步地，所述万向联轴器包括两个万向节和伸缩杆，两个万向节分别固定在伸缩杆两端，在位置调节过程中保证传动的可靠性。
进一步地，所述平移车架下方安装滚动轴承和移动齿轮，以及用于安装的限位机构，能够安装在具有齿条的导轨上，并通过转动移动齿轮沿导轨滑移，限位机构用于安装定位，保证各自由度调节基准稳定、可靠。
还包括推装装置，推装装置包括推装支架、推装调节机构和推装立柱，推装立柱固定在平移车架上，推装支架通过推装调节机构安装在推装立柱上，推装支架对着偏航装置上的负载放置位置，推装调节机构为伸缩螺杆结构，旋动推装调节机构控制推装支架沿负载推送方向移动。在装箱时，调节推装调节机构使推装支架与待装箱的负载贴合后，保证装箱推送过程稳定。
还包括卸载装置，卸载装置包括拉杆、传动杆和滑块，拉杆的一端设置有与负载接口匹配的卡口，拉杆中部与推装立柱顶部转动连接，拉杆的另一端与传动杆的一端铰接，传动杆的另一端与滑块铰接，推装立柱顶部沿负载推送方向设置滑轨，滑块套装在滑轨上，并通过紧固件锁紧。在卸货时，调节滑块使拉杆的卡口与负载扣合、锁紧，保证在退装过程中与负载的可靠连接。
本发明的有益效果在于：
与现有技术相比，承载能力强，装卸过程稳定，能够完成1500kg以上负载的装填。实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置实现推送方向上姿态角的调节功能，调节精度小于0.1mm，在包装箱放置基准与装箱设备基准存在倾角时，能够方便地进行调整，特别是针对精密仪器或重要设备时，能避免倾斜带来的碰撞风险，更好地保护装卸的仪器或设备。采用螺旋传动对各自由度进行调节，能实现任意位置无级调节和自锁。手动驱动，不需要额外的辅助设备和额外的动力源，结构紧凑，使用灵活。可拆卸式安装方式，实现模块化设计，适应不同的装卸对象。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的左视图；
图4是本发明中支撑装置的结构示意图；
图5是本发明中拖板在平移车架上滑动的结构示意图；
图6是本发明中平移车架的结构示意图；
图7是本发明中拖板的结构示意图；
图8是本发明中推装支架的结构示意图；
图9是本发明中拉杆的结构示意图。
图中：1-平移车架，2-支撑装置，3-拖板，4-斜楔，5-竖直回位机构，6-连杆，7-推装装置，8-卸载装置，11-滚动轴承，12-移动齿轮，13-限位机构，21-升降板，22-底座，23-凸轮，24-偏航装置，25-滚轮，51-套筒，52-导向柱，53-弹簧，71-推装支架，72-推装调节机构，73-推装立柱，81-拉杆，82-传动杆，83-滑块，84-滑轨。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图4所示，一种多自由度无级调节机构，用于辅助大型负载装箱，包括平移车架1、高低调节装置、支撑装置2、拖板3，拖板3滑动安装在平移车架1上，并通过横移控制机构控制沿与负载推送相垂直的方向滑动；高低调节装置安装在拖板3上，高低调节装置上设置有支撑装置2，高低调节装置通过斜楔结构控制支撑装置2沿竖直方向移动，支撑装置2包括升降板21、底座22和凸轮23，底座22上转动安装有偏航装置24，凸轮23中部转动安装在升降板21上，凸轮23的一端与偏航装置24中部转动连接，凸轮23的另一端与传动机构连接，由传动机构带动偏航装置24绕负载推送方向转动。使用时，待装卸的负载放置到偏航装置24上，平移车架1作为安装基础，平移车架1本身能够安装导轨上在沿负载推送方向调节，结合横移控制机构控制沿与负载推送垂直的方向调节，实现水平方向上的自由调节，同时高低调节装置能够沿竖直方向调节负载的位置，实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置24实现推送方向上姿态角的调节功能，在包装箱放置基准与装箱设备基准存在倾角时，能够方便地进行调整，特别是针对精密仪器或重要设备时，能避免倾斜带来的碰撞风险，更好地保护装卸的仪器或设备。各零部件通过紧固件与平移车架连接，采用模块化设计，针对不同外形的产品，更换对应的零部件即可，具有较高的适用性。本实施例中，偏航装置24上部为圆槽，是针对具有圆形外形的设备，而对于具有方形外形的设备，偏航装置24上部能够设计为带限位结构的平面来适应结构变化。
如图1所示，所述高低调节装置包括斜楔4，拖板3上固定有竖直回位机构5，升降板21固定在竖直回位机构5上端，升降板21底部设置有滚轮25，滚轮25置于斜楔4的斜面上，斜楔4由传动机构带动进行水平移动，控制升降板21沿竖直方向移动。采用滚轮25接触，以减小摩擦力，通过竖直回位机构5对支撑装置进行限位和支撑，实现负载支撑，将斜楔4的水平方向移动转换为支撑装置2的高度方向移动，达到高度调整的目的。
如图3所示，所述竖直回位机构5包括插合并限位的套筒51和导向柱52，套筒51底部与导向柱52顶部之间设置有弹簧53，导向柱52底部固定在拖板3上，套筒51顶部与升降板21固定连接。在高低调节装置向上调整负载高度时，弹簧53压缩程度增大，即使负载移除，弹簧53的预压力也能使支撑装置2始终与斜楔4的斜面接触，避免因卡滞而产生冲击，进一步保护装卸的仪器或设备。
如图2、图5至图7所示，所述横移控制机构包括连杆6，平移车架1上设置有滑槽，连杆6的一端滑动安装在滑槽中，连杆6的另一端与拖板3铰接，连杆6的一端通过传动机构带动沿滑槽滑动，带动拖板3沿与负载推送相垂直的方向滑动。
如图1至图3所示，所述传动机构包括依次连接的螺杆、万向联轴器以及动力输出端，动力输出端带动万向联轴器转动控制螺杆的伸缩，螺杆端部与斜楔4、凸轮23、或连杆6连接。采用螺旋传动，实现用较小的操作力推动较大的负载，同时调节精度可达0.1mm，并能实现无级调节，对于斜楔4，梯形螺杆转动带动斜楔4平移，其传动比最大可达150。
所述动力输出端为手轮，采用手动操作模式，不需要额外的辅助设备和额外的动力源。
所述万向联轴器包括两个万向节和伸缩杆，两个万向节分别固定在伸缩杆两端。
如图3所示，所述平移车架1下方安装滚动轴承11和移动齿轮12，以及用于安装的限位机构13，能够安装在具有齿条的导轨上，并通过转动移动齿轮12沿导轨滑移，限位机构13用于安装定位，保证各自由度调节基准稳定、可靠。
如图1至图3、图8所示，还包括推装装置7，推装装置7包括推装支架71、推装调节机构72和推装立柱73，推装立柱73固定在平移车架1上，推装支架71通过推装调节机构72安装在推装立柱73上，推装支架71对着偏航装置24上的负载放置位置，推装调节机构72为伸缩螺杆结构，旋动推装调节机构72控制推装支架71沿负载推送方向移动。在装箱时，调节推装调节机构使推装支架71与待装箱的负载贴合后，保证装箱推送过程稳定。本实施例中，推装立柱73底部尾端与平移车架1铰接，推装立柱73底部通过紧固件与平移车架1固定，不使用时，可拆除紧固件，将推装立柱73翻倒平放后收纳，节约空间。
如图1至图3、图9所示，还包括卸载装置8，卸载装置8包括拉杆81、传动杆82和滑块83，拉杆81的一端设置有与负载接口匹配的卡口，拉杆81中部与推装立柱73顶部转动连接，拉杆81的另一端与传动杆82的一端铰接，传动杆82的另一端与滑块83铰接，推装立柱73顶部沿负载推送方向设置滑轨84，滑块83套装在滑轨84上，并通过紧固件锁紧。在卸货时，调节滑块使拉杆81的卡口与负载扣合、锁紧，保证在退装过程中与负载的可靠连接。
工作原理：
使用时，将调节机构整体安装到具有导轨的推装小车上，通过转动移动齿轮使调节机构整体沿负载推送方向移动。
装箱时，将需要装填的负载吊装到调节机构上，负载支撑点放置到偏航装置上，手动调整推装调节机构，使推装支架与负载尾部可靠接触，用手柄转动移动齿轮推动负载至包装箱对接接口附近，将推装支架缩回，使之与负载分离；观察负载与包装箱接口之间的相对位置关系，通过高低调节装置调整负载高度位置；通过调整横移控制机构调整负载横向位置，用偏航装置调整负载接口与包装箱之间的轴向角度，使负载接口精确对准包装箱接口。完成负载位姿调节后，转动推装调节机构，使推装支架与负载尾部可靠接触，继续用手柄转动移动齿轮，完成负载与包装箱的对接，待负载与包装箱可靠连接后，调整高低调节装置，脱开调节机构与负载之间的支撑，完成装填。
从包装箱中退装时，首先将高低调节装置降至最低位置，手动推动调节机构至包装箱内负载支撑点的下方，转动高低调节装置手柄，将高低调节装置升起，使支撑装置可靠支撑负载，并保证负载吊点与包装箱接口无接触。将卸载装置与负载的退装挂接点连接，锁紧退装锁定机构，反向转动移动齿轮手柄，将负载拉出包装箱，完成退装操作。
本发明提供的一种多自由度无级调节机构，承载能力强，装卸过程稳定，能够完成1500kg以上负载的装填。实现三维直角坐标系中三个轴向的调节功能，并且通过偏航装置实现推送方向上姿态角的调节功能，调节精度小于0.1mm，在包装箱放置基准与装箱设备基准存在倾角时，能够方便地进行调整，特别是针对精密仪器或重要设备时，能避免倾斜带来的碰撞风险，更好地保护装卸的仪器或设备。采用螺旋传动对各自由度进行调节，能实现任意位置无级调节和自锁。手动驱动，不需要额外的辅助设备和额外的动力源，结构紧凑，使用灵活。可拆卸式安装方式，实现模块化设计，适应不同的装卸对象。

Claims (10)

1.一种多自由度无级调节机构，用于辅助大型负载装箱，其特征在于：包括平移车架(1)、高低调节装置、支撑装置(2)、拖板(3)，拖板(3)滑动安装在平移车架(1)上，并通过横移控制机构控制沿与负载推送相垂直的方向滑动；高低调节装置安装在拖板(3)上，高低调节装置上设置有支撑装置(2)，高低调节装置通过斜楔结构控制支撑装置(2)沿竖直方向移动，支撑装置(2)包括升降板(21)、底座(22)和凸轮(23)，底座(22)上转动安装有偏航装置(24)，凸轮(23)中部转动安装在升降板(21)上，凸轮(23)的一端与偏航装置(24)中部转动连接，凸轮(23)的另一端与传动机构连接，由传动机构带动偏航装置(24)绕负载推送方向转动。
2.如权利要求1所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述高低调节装置包括斜楔(4)，拖板(3)上固定有竖直回位机构(5)，升降板(21)固定在竖直回位机构(5)上端，升降板(21)底部设置有滚轮(25)，滚轮(25)置于斜楔(4)的斜面上，斜楔(4)由传动机构带动进行水平移动，控制升降板(21)沿竖直方向移动。
3.如权利要求2所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述竖直回位机构(5)包括插合并限位的套筒(51)和导向柱(52)，套筒(51)底部与导向柱(52)顶部之间设置有弹簧(53)，导向柱(52)底部固定在拖板(3)上，套筒(51)顶部与升降板(21)固定连接。
4.如权利要求1所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述横移控制机构包括连杆(6)，平移车架(1)上设置有滑槽，连杆(6)的一端滑动安装在滑槽中，连杆(6)的另一端与拖板(3)铰接，连杆(6)的一端通过传动机构带动沿滑槽滑动，带动拖板(3)沿与负载推送相垂直的方向滑动。
5.如权利要求1、2或4所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述传动机构包括依次连接的螺杆、万向联轴器以及动力输出端，动力输出端带动万向联轴器转动控制螺杆的伸缩，螺杆端部与斜楔(4)、凸轮(23)、或连杆(6)连接。
6.如权利要求5所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述动力输出端为手轮。
7.如权利要求5所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述万向联轴器包括两个万向节和伸缩杆，两个万向节分别固定在伸缩杆两端。
8.如权利要求1所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：所述平移车架(1)下方安装滚动轴承(11)和移动齿轮(12)，以及用于安装的限位机构(13)，能够安装在具有齿条的导轨上，并通过转动移动齿轮沿导轨滑移。
9.如权利要求1所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：还包括推装装置(7)，推装装置(7)包括推装支架(71)、推装调节机构(72)和推装立柱(73)，推装立柱(73)固定在平移车架(1)上，推装支架(71)通过推装调节机构(72)安装在推装立柱(73)上，推装支架(71)对着偏航装置(24)上的负载放置位置，推装调节机构(72)为伸缩螺杆结构，旋动推装调节机构(72)控制推装支架(71)沿负载推送方向移动。
10.如权利要求9所述的一种多自由度无级调节机构，其特征在于：还包括卸载装置(8)，卸载装置(8)包括拉杆(81)、传动杆(82)和滑块(83)，拉杆(81)的一端设置有与负载接口匹配的卡口，拉杆(81)中部与推装立柱(73)顶部转动连接，拉杆(81)的另一端与传动杆(82)的一端铰接，传动杆(82)的另一端与滑块(83)铰接，推装立柱(73)顶部沿负载推送方向设置滑轨(84)，滑块(83)套装在滑轨(84)上，并通过紧固件锁紧。
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